Trí tuệ nhân tạo (AI) hiện đang thiết kế các protein tùy chỉnh chỉ trong vài giây - một quá trình trước đây mất nhiều năm - mở đường cho việc chữa trị các bệnh như ung thư và nhiễm trùng kháng kháng sinh.
Trong năm qua, đã có sự gia tăng đột biến các protein được phát triển bởi AI, những protein cuối cùng sẽ được sử dụng để điều trị mọi thứ, từ vết rắn cắn đến ung thư. Điều mà thông thường phải mất hàng thập kỷ để một nhà khoa học tạo ra - một loại protein được thiết kế riêng cho một căn bệnh cụ thể - giờ đây có thể được thực hiện chỉ trong vài giây.
Lần đầu tiên, các nhà khoa học Úc đã sử dụng Trí tuệ nhân tạo (AI) để tạo ra một loại protein sinh học sẵn sàng sử dụng, trong trường hợp này là loại protein có thể tiêu diệt vi khuẩn kháng kháng sinh như E. coli .
Nghiên cứu này, được công bố trên tạp chí Nature Communications, mở ra một hướng đi mới để chống lại cuộc khủng hoảng ngày càng gia tăng do siêu vi khuẩn kháng thuốc gây ra. Bằng cách ứng dụng AI theo cách này, khoa học Úc hiện đã gia nhập nhóm các quốc gia như Hoa Kỳ và Trung Quốc, phát triển các nền tảng AI có khả năng tạo ra hàng nghìn protein sẵn sàng sử dụng nhanh chóng, mở đường cho việc phát triển thuốc và chẩn đoán nhanh hơn, giá cả phải chăng hơn, có thể chuyển đổi nghiên cứu y sinh và chăm sóc bệnh nhân.
Bài báo trên Nature Communications được đồng dẫn dắt bởi Tiến sĩ Rhys Grinter và Phó Giáo sư Gavin Knott, Nghiên cứu viên Y khoa Snow, người đứng đầu Chương trình Thiết kế Protein AI mới với các nút tại Viện Bio21 thuộc Đại học Melbourne và Viện Khám phá Y sinh học Monash.
(adv)
Theo Tiến sĩ Grinter và Phó Giáo sư Knott, Nền tảng Thiết kế Protein AI được sử dụng trong nghiên cứu này là nền tảng đầu tiên tại Úc mô phỏng công trình của David Baker (người đã đoạt giải Nobel Hóa học năm ngoái), phát triển một phương pháp tiếp cận toàn diện có thể tạo ra nhiều loại protein. "Những protein này hiện đang được phát triển thành dược phẩm, vắc-xin, vật liệu nano và cảm biến siêu nhỏ, cùng nhiều ứng dụng khác vẫn đang được thử nghiệm", Phó Giáo sư Knott cho biết.
Trong nghiên cứu này, Nền tảng Thiết kế Protein AI đã sử dụng các công cụ thiết kế protein do AI điều khiển, được cung cấp miễn phí cho các nhà khoa học trên toàn thế giới. "Điều quan trọng là phải dân chủ hóa thiết kế protein để cả thế giới có thể tận dụng những công cụ này", Daniel Fox, nghiên cứu sinh tiến sĩ, người đã thực hiện hầu hết các công việc thử nghiệm cho nghiên cứu, cho biết. "Sử dụng những công cụ này và những công cụ chúng tôi đang phát triển nội bộ, chúng tôi có thể thiết kế protein để liên kết với một vị trí mục tiêu hoặc phối tử cụ thể, dưới dạng chất ức chế, chất chủ vận hoặc chất đối kháng, hoặc các enzyme được thiết kế với hoạt tính và độ ổn định được cải thiện."
Theo Tiến sĩ Grinter, hiện nay các protein được sử dụng trong điều trị các bệnh như ung thư hoặc nhiễm trùng có nguồn gốc từ thiên nhiên và được tái sử dụng thông qua thiết kế hợp lý hoặc tiến hóa và chọn lọc in vitro. "Những phương pháp học sâu mới này cho phép thiết kế de novo hiệu quả các protein với các đặc điểm và chức năng cụ thể, giảm chi phí và đẩy nhanh quá trình phát triển các chất kết dính protein mới và enzyme được thiết kế", ông nói.
Kể từ công trình của David Baker, nhiều công cụ và phần mềm mới đã được phát triển, chẳng hạn như Bindcraft và Chai, được tích hợp vào Nền tảng thiết kế protein AI do Tiến sĩ Grinter và Phó giáo sư Knott đồng dẫn đầu.
Giáo sư John Carroll, Giám đốc Viện Khám phá Y sinh học Monash, cho biết Chương trình Thiết kế Protein AI mới "giúp Úc bắt kịp phương thức mới đầy thú vị này trong việc thiết kế các liệu pháp và công cụ nghiên cứu mới. Đây là minh chứng cho tinh thần kinh doanh của hai nhà khoa học trẻ tài năng, những người đã làm việc ngày đêm để xây dựng năng lực này từ con số 0."
"Chương trình, đặt tại Đại học Monash và Đại học Melbourne, được điều hành bởi một nhóm các nhà sinh học cấu trúc và nhà khoa học máy tính tài năng, những người hiểu rõ quy trình thiết kế từ đầu đến cuối. Kiến thức chuyên sâu về cấu trúc protein và học máy này giúp chúng tôi có một chương trình cực kỳ linh hoạt, có khả năng thường xuyên tích hợp các công cụ tiên tiến trong thiết kế protein bằng AI", Phó Giáo sư Knott cho biết.
Nguồn Đại học Monash
